DE102012006780B4 - Electromagnetic piston pump with piston sliding bearing, because of the pumping action of a directed drag flow - Google Patents
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Abstract
Durch einen Elektromagneten (2) angetriebene Hubkolbenpumpe (1) mit einem Kolben (9), der die Flüssigkeit verdrängt und den Ankerkolben (12) des Elektromagneten (2) trägt und dazu in einem Zylinder (10) in einem Lager mit einer Mehrzahl von Lagerzonen, zum Beispiel mit den Lagerzonen (21), (22) und (23), gelagert ist, wobei der Elektromagnet (2) von einer elektrischen Ansteuerung (36) pulsierend mit elektrischer Energie versorgt wird dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Lagerzonen (22) und (23) mit Flüssigkeit durchspült werden, indem bei einer zyklischen Hubbewegung des Kolbens (9) eine zusätzliche Pumpwirkung durch die Ausnutzung einer Schleppströmung für die Flüssigkeit im Lager erzeugt wird, und dass die Flüssigkeit umlaufend aus dem an die dritte Lagerzone (23) angrenzenden Ankerraum (4) angesaugt und durch geeignete fluidleitende Kanäle (35) in den Ankerraum (4) zurückgepumpt wird, indem die Umlaufnuten (33) in der mittleren Lagerzone (22) im Kolben (9) durch ihre asymmetrisch ausgeführten Kanten bei einer zyklischen Hubbewegung des Kolbens (9) im Zylinder (10) eine gerichtete Schleppströmung der Flüssigkeit im Spalt und damit eine Pumpwirkung erzeugen, wobei die Kanten einlassseitig und auslassseitig unterschiedliche Konturen wie zum Beispiel Kantenradien, Fasen oder aus Radien und Fasen zusammengesetzte Formelemente aufweisen, und dass die Pulse des elektrische Stroms zur Versorgung des Elektromagneten (2) gleiche oder unterschiedliche Flankensteilheiten des Anstiegs und des Abfalls aufweisen, die auf eine Verstärkung der Pumpwirkung durch die asymmetrischen Nutkanten abgestimmt sind.By a solenoid (2) driven reciprocating pump (1) with a piston (9) which displaces the liquid and carries the armature piston (12) of the electromagnet (2) and in a cylinder (10) in a bearing with a plurality of storage zones , for example, with the storage zones (21), (22) and (23), is stored, wherein the electromagnet (2) from an electrical drive (36) is supplied with pulsating electrical energy, characterized in that at least the storage zones (22) and (23) are flushed with liquid by an additional pumping action is generated by the use of a drag flow for the liquid in the camp during a cyclic lifting movement of the piston (9), and that the liquid circumferentially from the adjacent to the third storage zone (23) Anchor space (4) is sucked and pumped back by suitable fluid-conducting channels (35) in the armature space (4) by the circulation grooves (33) in the central bearing zone (22) in the piston (9) by i Asymmetrically designed edges in a cyclic lifting movement of the piston (9) in the cylinder (10) produce a directed drag flow of liquid in the gap and thus a pumping action, the edges on the inlet side and outlet side different contours such as edge radii, chamfers or radii and bevels comprising composite form elements, and that the pulses of the electric current for supplying the electromagnet (2) have the same or different slopes of the rise and fall, which are tuned to an increase in the pumping action by the asymmetrical groove edges.
Description
Die Erfindung betrifft eine durch einen Elektromagneten angetriebene Hubkolbenpumpe entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.The invention relates to a driven by an electromagnet reciprocating pump according to the preamble of the first claim.
Durch Elektromagnete angetriebene Hubkolbenpumpen zum Fördern und Dosieren von Kraftstoff sind bekannt, zum Beispiel aus der
Die Druckschriften
Aufgabe dieser Erfindung ist es, durch den Lagerbereich des Kolbens einen Flüssigkeitsstrom zu leiten, der die Lagerung kühlt und eventuell anfallende Zersetzungs- bzw. Reaktionsprodukte des Kraftstoffs sowie potentielle Verschleißprodukte abführt. Dabei soll die Dosiergenauigkeit der Hubkolbenpumpe erhalten bleiben und die Herstellkosten sollen sich nicht wesentlich erhöhen. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, wobei die Unteransprüche die Lösungen näher ausführen.Object of this invention is to pass through the storage area of the piston, a liquid stream, which cools the storage and any resulting decomposition or reaction products of the fuel and dissipates potential wear products. The dosing accuracy of the reciprocating pump should be maintained and the production costs should not increase significantly. The object is achieved by the characterizing features of the first claim, wherein the dependent claims make the solutions closer.
Eine durch einen Elektromagneten angetriebene Hubkolbenpumpe enthält mindestens einen Verdrängerraum, zwei Ventile und einen Kolben, der in einem Zylinder abdichtend gelagert ist und den Ankerkolben des Elektromagneten trägt. Die Lagerung des Kolbens ist in drei Lagerzonen aufgeteilt. Zur Kühlung der Lagerung und zum Abtransport eventuell anfallender Verschleißprodukte ist mindestens der Lagerspalt der mittleren Lagerzone vergrößert, erforderlichenfalls ist auch der Lagerspalt der ankerraumseitigen Lagerzone vergrößert. Die Lagerspalte der ankerraumseitigen Lagerzone und der mittleren Lagerzone werden von Flüssigkeit durchströmt, die mit Hilfe einer gerichteten Schleppströmung von dem Kolben im Zusammenwirken mit anderen Bauteilen der Hubkolbenpumpe gefördert wird.A driven by an electromagnet reciprocating pump includes at least one displacement chamber, two valves and a piston which is sealingly mounted in a cylinder and carries the armature piston of the electromagnet. The bearing of the piston is divided into three storage zones. For cooling the storage and for the removal of any resulting wear products at least the bearing gap of the central storage zone is increased, if necessary, the bearing gap of the armature chamber side storage zone is increased. The bearing gaps of the armature chamber side storage zone and the central storage zone are flowed through by liquid, which is conveyed by means of a directed drag flow from the piston in cooperation with other components of the reciprocating pump.
In einer bevorzugten Ausführung wird die erste verdrängerraumseitige Lagerzone durch eine Lagerbuchse und den Kolben gebildet, eine zweite Lagerzone weist eine Vergrößerung des Lagerspalts auf, und eine dritte Lagerzone weist wieder ein geringeres Lagerspiel auf. Die zweite Lagerzone ist über geeignete Kanäle fluidisch mit dem Ankerraum verbunden. Asymmetrische Formelemente an den umlaufenden Nuten im Kolben oder im Zylinder, zum Beispiel unterschiedlich große Kantenradien oder unterschiedliche Fasen, bewirken bei einer zyklischen Hubbewegung des Kolbens unterschiedlich starke Schleppströmungen im Spalt je nach der Bewegungsrichtung des Kolbens und ergeben damit eine gerichtete Pumpwirkung auf die Flüssigkeit in der zweiten Lagerzone. Bei dieser Ausführung wird die Förderleistung der Hubkolbenpumpe nicht beeinflusst, weil die zusätzliche Förderung pumpenintern im Kreis erfolgt und nach außen nicht wirksam ist. Die Förderung kann vom Ankerraum in die zweite Lagerzone oder umgekehrt erfolgen, je nach Orientierung der asymmetrischen Formelemente.In a preferred embodiment, the first displacement-side bearing zone is formed by a bearing bush and the piston, a second bearing zone has an enlargement of the bearing gap, and a third bearing zone again has a smaller bearing clearance. The second storage zone is fluidly connected to the armature space via suitable channels. Asymmetrical shape elements on the circumferential grooves in the piston or in the cylinder, for example, different sized edge radii or different chamfers, cause in a cyclic stroke of the piston different strong Schleppströmungen in the gap depending on the direction of movement of the piston and thus give a directed pumping action on the liquid in the second storage zone. In this embodiment, the capacity of the reciprocating pump is not affected, because the additional promotion inside the pump takes place in a circle and is not effective to the outside. The promotion can be done from the anchor space in the second storage zone or vice versa, depending on the orientation of the asymmetric form elements.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Hubkolbenpumpe besteht der Zylinder aus einem Träger und zwei Lagerbuchsen, wobei die Lagerspiele in den drei dadurch ausgebildeten Lagerzonen unterschiedlich groß ausgeführt sind, um eine gute Abdichtung für die erste Lagerbuchse, eine gute Lagertragfähigkeit für die zweite Lagerbuchse und eine gute Pumpwirkung für den mittleren Zylinderbereich zu erreichen.In an advantageous further development of the reciprocating piston pump, the cylinder consists of a carrier and two bearing bushes, wherein the bearing clearances in the three bearing zones formed thereby have different sizes, a good seal for the first bearing bush, a good bearing capacity for the second bearing bush and a good pumping action to reach for the middle cylinder area.
In einer alternativen Weiterentwicklung der Hubkolbenpumpe besteht der Zylinder aus einem Träger und einer Lagerbuchse an dem an den Verdrängungsraum
In einer weiteren Entwicklung der Hubkolbenpumpe ist eine der Lagerbuchsen oder es sind beide Lagerbuchsen zur besseren Kühlung in dem Träger in einer unterbrochenen Bohrung aufgenommen, deren flüssigkeitsgefüllte Unterbrechungszone durch einen fluidleitenden Kanal mit einem angrenzenden flüssigkeitsführenden Raum verbunden ist, wodurch ein Flüssigkeitsaustausch ermöglicht wird.In a further development of the reciprocating pump is one of the bushings or both bushings are accommodated for better cooling in the carrier in an interrupted bore, the liquid-filled interruption zone is connected by a fluid-conducting channel with an adjacent liquid-carrying space, whereby a fluid exchange is made possible.
Die beschriebenen Ausführungen sind geeignet, den Lagerspalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder zu kühlen und im Falle der Spülung eventuell anfallende Verschleißprodukte abzuführen. The described embodiments are suitable for cooling the bearing gap between the piston and the cylinder and for removing any resulting wear products in the case of flushing.
Die technische Lehre zur Spülung und Kühlung des Lagers lässt sich auf Hubkolbenpumpen unterschiedlicher Bauart anwenden, vorzugsweise auf elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpen der bekannten Bauarten mit
- • drückendem oder ziehendem Anker,
- • einem oder zwei Verdrängerräumen
- • Förderung bei bestromtem Elektromagnet oder bei der Rückkehr des Ankers in die Ruhelage
- • Steuerung nur durch Rückschlagventile oder durch eine Kombination aus einem Rückschlagventil und einer hubabhängigen Schlitzsteuerung
- • einer Kombination eines Ventils zwischen den Verdrängerräumen mit einem Einlassventils oder mit einem Auslassventil.
- • pushing or pulling anchor,
- • one or two displacement rooms
- • Conveying when the electromagnet is energized or when the armature returns to its rest position
- • Control only by check valves or by a combination of a check valve and a stroke-dependent slot control
- • a combination of a valve between the displacement chambers with an inlet valve or with an outlet valve.
Zum Betrieb der Hubkolbenpumpe wird eine gesteuerte elektrische Spannung oder ein geregelter elektrischer Strom für den Elektromagneten eingesetzt. Die elektrische Versorgung weist einen pulsförmigen zeitlichen Verlauf auf, wobei die Frequenz die Fördermenge der Hubkolbenpumpe bestimmt, das Puls-Pausen-Verhältnis ist auf den Druck am Auslass der Pumpe abgestimmt, und die Flankensteilheiten der Pulse sind auf die Anforderungen der Flüssigkeitsströmung in der Lagerung abgestimmt. Dabei kann eine große Flankensteilheit helfen, eine schnelle Änderung des Flüssigkeitsstroms zu bewirken, und diese ist vorteilhaft für den Abtransport von Verschleißprodukten aus dem Lagerbereich. Dem oben beschriebenen sich zyklisch wiederholenden Verlauf der elektrischen Spannung oder des elektrischen Stroms kann eine höherfrequente Pulsweitenmodulation überlagert sein, die der Regelung des elektrischen Stroms, der bedarfsgerechten Minderung der elektrischen Leistung und/oder der Formung der Flanken der niederfrequenten Pulse dient.To operate the reciprocating pump, a controlled electrical voltage or a regulated electrical current for the electromagnet is used. The electrical supply has a pulse-shaped time course, the frequency determines the flow rate of the reciprocating pump, the pulse-pause ratio is matched to the pressure at the outlet of the pump, and the edge slopes of the pulses are matched to the requirements of the liquid flow in the storage , In this case, a large edge steepness can help to effect a rapid change of the liquid flow, and this is advantageous for the removal of wear products from the storage area. The above-described cyclically repeating course of the electrical voltage or the electric current may be superimposed on a higher-frequency pulse width modulation, which serves to control the electrical current, the demand-based reduction of electrical power and / or the formation of the flanks of the low-frequency pulses.
Die beiden Maßnahmen zur Erzeugung und Beeinflussung einer zusätzlichen Pumpwirkung, die Umlaufnuten mit asymmetrischen Kanten und Gestaltung der elektrischen Pulse mit abgestimmten Flankensteilheiten, können in vorteilhafter Weise kombiniert werden, damit sich ihre Wirkungen gegenseitig verstärken.The two measures for generating and influencing an additional pumping action, the recirculating grooves with asymmetrical edges and the design of the electrical pulses with matched edge steepnesses can be combined in an advantageous manner so that their effects mutually reinforce each other.
Hubkolbenpumpen der beschriebenen Art finden als Dosierpumpen und als Förderpumpen Anwendung in kraftstoffbetriebenen Standheizungen, Zusatzheizungen und Abgasreinigungsanlagen in Fahrzeugen.Reciprocating pumps of the type described are used as metering pumps and as delivery pumps in fuel-powered auxiliary heaters, additional heaters and exhaust gas purification systems in vehicles.
Bilder:Images:
Beispielhafte AusführungExemplary embodiment
Die Hubkolbenpumpe
Die Umlaufnuten
Wie in
Wie
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Hubkolbenpumpereciprocating pump
- 22
- Elektromagnetelectromagnet
- 33
- Verdrängerraumdisplacer
- 44
- Ankerraumarmature space
- 99
- Kolbenpiston
- 1010
- Zylindercylinder
- 1212
- Ankerkolbenanchor pistons
- 2121
- Erste LagerzoneFirst storage zone
- 2222
- Zweite LagerzoneSecond storage zone
- 2323
- Dritte LagerzoneThird storage zone
- 3030
- Trägercarrier
- 3131
- Erste LagerbuchseFirst bearing bush
- 3232
- Zweite LagerbuchseSecond bearing bush
- 3333
- Umlaufnutcircumferential groove
- 3434
- Unterbrechungszoneinterruption zone
- 3535
- Kanalchannel
- 3636
- Ansteuerung (nicht dargestellt)Control (not shown)
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